基于TRIZ的高校教育創新問題求解模式研究

周麟（廣州醫科大學，廣東廣州511436）

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基于TRIZ的高校教育創新問題求解模式研究

周麟
（廣州醫科大學，廣東廣州511436）

摘要：教育實證研究是教育改革創新科學發展的方向，高校教育創新的理想解在于實現教育系統功能最優化組合。阿奇舒勒提出的TRIZ理論是一種“方法論”，主張通過建立解決問題的系統方法知識庫，比照需要解決的新舊矛盾問題和成熟原理求解，獲得教育系統功能的改善。實現高校教育系統功能優化首先要概括解決高校常規問題的一般原理和工具，建立教育系統方法知識庫，其次要確定實現教育目標引發的沖突區域，繼而建立引起沖突的矛盾矩陣，依據成熟的教育原理和標準或者借鑒相關學科原理和標準解決矛盾，提高教育理想水平。

關鍵詞：高校教育創新；TRIZ理論；求解模式

2015年10月18日華東師范大學舉辦了“全國首屆實證教育研究論壇”，27個省市400余名專家學者與會就教育創新問題進行了探討，學者一致認為教育創新“需要破解的最大障礙是研究范式的陳舊，亟需從傳統的思辨性研究轉向基于數據、證據的實證研究，形成新的實證教育研究文化。”[1]事實上，我國關于教育創新的力作十分豐富，尤其是涉及高校教育研究的著作更甚，但正如有學者研究指出的，我國高校教育創新現狀是“決心多、成果少，概念多，方法少。”[2]

一、高校教育創新之難題

高校教育是一項復雜的系統工程，教育環境、教育要素、教育手段、教育方法等都會不同程度影響到教育活動。探索高校教育創新問題，需要研究教育各個系統功能的實現情況，教育各個系統之間的相互關系和作用。所謂高校教育創新，實質是教育某一系統功能得到改善，從而引起與之相關各個系統功能產生共鳴或者造成某項功能退化、甚至淡出舞臺。而高校教育某一系統功能的改善是相對于常規的、普通的高等教育模式而言的，故研究高校教育創新問題首先要概括出傳統高校的教育特征。

傳統高校教育追求的是各個教育系統的最優化組合，如果用“理想解”來描述，這個“解”包含了大學生、教育者、教育工具、教育載體、教育方法等系統項。其中培育大學生優良的創新能力是高校教育的基本理想之一，為實現這一理想，高校教育諸多系統的有用功能需要達到最優。譬如教師實施教學的能力水平、教材的知識性結構程度、專業性實踐平臺的建立與運用水平，以及科學知識和人文素養等領域的綜合發展水平等系統項要有最優的合力。但是，教育過程并不是靜止不變的孤立存在，教育是各個系統之間不斷發展變化的過程，而教育過程中的任何一個子系統的改善都可能影響到教育理想的實現。高校教育各系統遵循著辯證統一規律，教育子系統獲得改善的同時也必然會帶來有害的、不足的或過度的作用，因此實現系統功能改善的同時把消極影響降到最低也是高校教育的一項任務。高校教育系統自身也具備一定的修復能力，在教育系統運行過程中出現的一些常規性問題，各個教育子系統能自覺消除其負面效應，從而保證教育的運轉順利。

其間教育系統功能的改善，并沒有引入新的缺陷因素，正常運行的系統并沒有因此復雜化，而是高校系統內各子系統、孫系統和各部件充分利用了現有的教育資源和知識體系實現其有用功能，并合理、智慧地選取教育信息和工具，減小或消除有害因素的影響。不過，教育系統功能的這種改善是局部的、有限的、緩慢的，一旦出現新的教育工具、教育材料乃至知識體系，單憑傳統的教育系統緩慢消化吸收，則效果低微，而且其是否帶來有害、不足或過度等副作用也難以預測，這對高校常規教育的穩定構成一定的威脅。在此背景下，阿奇舒勒提出的TRIZ問題解決方法學，對高校教育者解決復雜的教育創新問題是有力的借鑒。

二、TRIZ的基本理論和操作流程

蘇聯專家阿奇舒勒（G.S.Altshuler）及其領導的一批研究人員，自1946年開始研究250萬件高水平專利，在此基礎上提出了解決創新性問題的理論。該理論（俄語簡稱卮夭鬲丞）用英語標讀為Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch，簡稱TRIZ。自TRIZ理論公開以來得以迅速推廣運用，幫助世界許多大公司獲取了優厚的經濟利益。如美國福特汽車公司、韓國三星公司等。另據不完全統計，我國企業利用TRIZ解決技術難題2800個，僅2012年收益就達62094萬元。[3]TRIZ創新理論稱為“超級發明術”，其實質就是一種“方法論”，核心是關注人的創造性思維，這不僅對企業十分有益，而且它的普適性對肩負著培養創新人才使命的高校教育也有著重大的現實指導價值。

TRIZ理論建立了一個龐大的解決問題的系統方法知識庫，對于某些需要解決的舊問題比照類似的方法得到解決，對于從未遇到過的問題參照現有專利總結出的系統原則、方法和模式加以解決，繼而將積累的解決經驗進一步豐富、完善、擴展類似問題的知識庫，使之達至理想水平。TRIZ理論由一些基本的要素構成，主要包括問題系統、矛盾、技術進化、理想水平等。

其一，問題系統。TRIZ理論主要解決技術性難題，所有運行的某個事物對象都是以系統形式存在，該系統中又是由一個或多個子系統共同組成，其中的每個子系統都執行著自身功能，而且每個子系統又可分為若干更小的子系統（孫系統）。因此，解決問題時，要分析并求解每個子系統、孫系統與更上層系統之間的關系，從而試圖改變某個子系統的作用來影響整個系統，進而考究各系統在整個事物對象中發揮的功用。

其二，矛盾。TRIZ理論認為創新主要是解決事物對象包含的矛盾問題。任何一個事物出現新的問題，是因為該事物運行系統存在各種難以有效解決的矛盾，這種矛盾主要是內部系統存在沖突導致的。阿奇舒勒把系統矛盾分為兩種類型，一類稱為“技術矛盾”，指的是因系統內某一子系統的特性或參數發生了變化，其新特性或新參數與其他既有子系統或整個系統無法兼容；另一類稱為“物理矛盾”，突出強調系統中某一要素呈現矛盾或相反要求。前一種類型主要是綜合多個子系統或參數，從中尋求折中的解決標準，并不一定能夠確保實現每個參數最優化；后一種類型則主張采用分離的方法，依循相近的創新原理解決沖突。

其三，技術進化。阿奇舒勒把事物發展歷程看成技術的進化過程，TRIZ理論中技術進化分為四個階段：嬰兒期、成長期、成熟期和衰退期。其中，嬰兒期和成長期可理解為事物對象的胚胎期，也是事物發展矛盾盡顯期，這個時期系統內子系統之間的矛盾凸顯，因此加大力度解決突出矛盾成為這一階段的主要任務；處于成熟期階段的事物，矛盾得到逐步解決，事物對象有條不紊向前推進；而退出期階段，事物的發展與新的要求產生的差距呈現衰敗現象，事物內部系統出現了新的矛盾，需要有新的技術或方法出現對治。

其四，理想水平（Ideality）。阿奇舒勒提出公式Ideality=撞有用功能/（撞有害作用+資源的耗費），其中“撞有用功能”是指系統的有用功能，涵括了系統所有的有價值的功能，而“撞有害作用”指的是系統改善帶來的有害作用，這里“有用功能”最優化的效果是系統運行過程中不產生費用、能量的消耗、無污染和危險因素等。[4]該公式顯示理想化水平越高，那么系統的有用功能越多，有害作用越少，創新的級別則越高。盡管系統的理想狀態并不一定能夠完全實現，但讓系統朝著理想化方向發展卻大有可為。阿奇舒勒認為“系統是朝著不斷增加的理想狀態演化的”，其優點在于理想化水平得以量化，清晰了創新的級別和質變的量度。基于此，該理論認為要實現系統的某種功能則需對其方法和手段進行調整和優化。

傳統意義上，解決創新的主要流程依靠經驗摸索，從豐富的經驗中總結成功的經驗，并在實踐中反復檢驗，最終形成新的知識體系。這個過程有一定的盲目性、耗時長、成本高、效率低下，成功往往有賴于實驗者勤奮與“頓悟”。阿奇舒勒首先倡導的TRIZ創新理論主張通過分析來確定初始問題。解決任何一個系統功能問題的關鍵在找到問題的初始矛盾，問題描述越清晰，越有利于從已有的知識庫中找到解決問題的方案。TRIZ發明了強大的分析工具，包括40項創新原理的功能分析、39個通用參數組成的矛盾矩陣分析、物質場的分析等。40項創新原理是歸納許多進化規律和模式而得出的一般性原理，39個參數描述了系統中存在的典型矛盾，物場分析法則是用符號來清晰表達各物質間系統變換的過程。

TRIZ分析工具重在落實初始問題，其一，功能分析：創建若干項創新原理。阿奇舒勒指出，無論是一個簡單產品還是復雜的技術系統，現代TRIZ理論核心技術的發展都是遵循著客觀的規律發展演變的，即具有客觀的進化規律和模式。阿奇舒勒將這些共同的規律歸納成40項創新原理，強調在解決具體的技術矛盾時，要以這些創新原理為基礎，結合某系統既有的客觀實際求具體的解決方案。依據TRIZ理論的規律，高校教育也需要創建若干項教育原理。

其二，矛盾矩陣分析：創設若干個教育變量。阿奇舒勒認為在解決系統問題的過程中，當改善系統內某一子系統的特性或參數時，系統內其他子系統特性或參數往往會發生改變，甚至導致惡化，于此就產生了技術沖突。阿奇舒勒從諸多系統沖突中抽出了具有典型系統特性的39個參數，也即39項矛盾，創造了沖突矩陣，清晰呈現了系統沖突的關系。針對教育問題，要從雜多矛盾選項中歸納整理出具有典型教育系統特性的若干個變量。

其三，物質場的分析。在阿奇舒勒的TRIZ理論體系中，“物質”是個既包含簡單技術的物體，也是個包含復雜子系統、孫系統的龐雜的大系統，“場”則用來專門描述能量在兩個物質之間的發生作用、互相影響的過程。依據阿奇舒勒提出的物場分析工具，在高校教育問題方面就是用符號來表達各教育物質場與被教育物質場之間系統變換的過程，從而為解決教育矛盾問題提供建模技術。

其四，創新解決問題的算法。任何一個復雜的問題要得到解決，必須要找到問題的矛盾存在，因此在經過分析問題之后，必要對問題進行清晰地描述，包括矛盾方面的相互作用、各系統之間發生作用的程序。因此，教育問題描述得越清晰則越有利于找到解決矛盾的工具和方法，更有利于從已有的教育知識體系中對該問題做深入闡析，從而在錯綜復雜的眾多沖突中找準初始問題，以有利于尋求強大的知識庫支持。事實上，把教育系統的復雜問題簡單化的求解過程就是對教育沖突不斷細致描述、不斷程序化的過程，從而分析與比對發生教育效用的結果。如果該矛盾仍然無解，則可能有兩種可能，一方面是我們對初始問題定義有誤，需要對存在問題重新進行更一般化的定義；另一方面則需要等到科學技術或人類認知水平進一步發展后才能謀求解決。

找到了初始問題之后，阿奇舒勒主張選取相對應的成熟原理解決矛盾沖突，依循系統功能進化的模式設計發展路徑，對存在的關鍵性因素采用交叉學科和成熟的理論予以設計，最后對理想結果和所求解結果進行比較，直至滿足預期理想水平為準。第一階段是系統分析。創新的首要問題在于清晰認識整個系統，包括厘清問題、系統功能分析、理想解的確定，并分析可用的資源和確定矛盾沖突等。厘清問題是要對解決的創新性問題有清晰的界定，譬如問題的邊界、內涵、范式、進化歷程，以及該問題發展的方向等；系統功能分析的目的在于分析系統、子系統、孫系統以及內外部件在整個系統運行過程中發揮的作用和所處的地位；理想解的確定著重要求，以具體專業的話語清晰闡述需要創新的原因，從而甄別那些與理想化水平關系不大的要素；可用資源的分析是要確定改善系統性能的可用資源，包括可用物品、信息、工具和材料等；確定矛盾沖突則不僅要了解矛盾雙方，而且要明確矛盾發生的區域，在矛盾的矩陣坐標中確定沖突。當然，如果通過分析找到解決問題的理想解，那么創新任務在分析階段就能夠得以實現；但如果通過分析沒有找到解決問題的理想解，則需要擴大創新的領域，借助相應的成熟原理、進化路徑和創新設計等來求解。

第二階段選取理論。針對分析階段沒有解決的問題，TRIZ理論倡導幫助解決問題的方面選取相對應的成熟原理解決矛盾沖突。這個環節困難體現在通過傳統的原理或模式雖確定了問題的實質，但是囿于原有的理論無法解決問題，因而幫助問題解決者按標準參數確定沖突，幫助他們挑選能解決特定沖突的原理成為難點。

第三階段是技術進化。同上階段一樣，由于在分析階段沒能找到解決問題的理想解，那么有必要擴大創新領域，重新分析系統所處的矛盾沖突，依據系統的矛盾確定其進化的模式和演化階段，然后根據進化路徑進行系統設計，使問題系統、子系統等向預測的方向發展，解決整個系統不斷發展過程中出現的設計問題。

第四階段是創新設計。針對原問題領域設計的不足，需要重新設計的求解原理。因此，從相近或相關領域尋求解決問題的有關理論和原理成為主要任務，尤其是那些相關領域中的成熟理論和原理，都不同程度力求針對新問題的設計過程提出創新。這個過程反映了新的創新設計，反映了創新問題在工具和方法方面的復雜性。

第五階段是實現理想。該階段包含了創新的兩個維度，一方面落腳在系統分析階段，分析過程中所求解若與理想解相互比較結果相符合，則原問題依照原理得以解決；另一方面所求出的解與理想解進行比較結果有出入，尤其是不能達到理想水平，可以重新分析系統問題，重新確定沖突矩陣，尋求解決新問題的對策，并循環進行，一直需要所求解達到理想水平為止。

高校教育創新問題有追求教育理想化的訴求，同樣具備TRIZ創新理論的基本要素，有著龐雜的教育系統，存在物質和技術的矛盾，遵循著TRIZ系統演化的規律。

三、應用TRIZ解決高校教育創新問題的模式

高校教育理想的完美狀態是教育各系統運行初始狀態與教育系統的目標狀態基本一致，高校教育系統的未知知識問題趨近于零。事實上，這樣的預期與實際效果常常存在差異，高校教育系統中任何一個子系統都可能存在變數，從而打破教育常規，偏離教育理想狀態，帶來教育問題。因此，解決高校教育創新問題，意味著尋找教育系統內使其內在結構、規律及影響因素產生變化的子系統或參數，并求解使之轉化為符合常規的答案。解決這個問題的過程借鑒TRIZ理論，我們可以創設如下模式。（圖1）

根據TRIZ解決創新問題的步驟，對照高校教育創新問題，我們擬定如下思路：確定解決高校常規問題的原理和工具——確定實現教育目標引發的沖突——建立引起沖突的矛盾矩陣——解決矛盾——提高教育理想水平。

圖1　基于TRIZ的高校教育創新問題求解模式

其一，TRIZ理論闡述了創新的首要問題是清晰認識整個系統，包括厘清問題、系統功能分析、理想解的確定，并分析可用的資源和確定矛盾沖突等。厘清問題是要對解決的創新性問題有清晰的界定，譬如問題的邊界、內涵、范式、進化歷程，以及該問題發展的方向等；系統功能分析的目的在于分析系統、子系統、孫系統以及內外部件在整個系統運行過程中發揮的作用和所處的地位；理想解的確定著重要求以具體專業的話語清晰闡述需要創新的原因，從而甄別那些與理想化水平關系不大的要素；可用資源的分析是要確定改善系統性能的可用資源，包括可用物品、信息、工具和材料等；確定矛盾沖突則不僅要了解矛盾雙方，而且要明確矛盾發生的區域，在矛盾的矩陣坐標中確定沖突。當然，如果通過分析找到解決問題的理想解，那么創新任務在分析階段就能夠得以實現；但如果通過分析沒有找到解決問題的理想解，則需要擴大創新的領域，借助相應的成熟原理、進化路徑和創新設計等來求解。對照高校系統，首要問題是概括高校系統中用來解決教育問題的常規性工具和方法，歸納高校教育問題求解過程中經常運用的原理和采用的標準（在TRIZ中概括為40條原理和39條標準沖突）。[5]，[6]這需要從學生、教師、教材、專業課程、實習、教學載體、學校管理服務、文化建設等諸多子系統中概括出解決教育沖突且帶有共性的常規性工具和方法，可以參照TRIZ的分析策略，從而構建適用于復雜教育問題求解的標準和原理，用來指導實際的復雜教育問題求解。目前筆者尚未發現有此標準和原理，這是高校教育應該努力研究實證化的方向。

其二，特定環境下界定高校系統中存在的教育問題，建立相應的矛盾矩陣，明確各矛盾間的關系。針對分析階段沒有解決的問題，TRIZ理論倡導幫助解決問題的方面選取相對應的成熟原理解決矛盾沖突。這個環節困難體現在通過傳統的原理或模式雖確定了問題的實質，但是囿于原有的理論無法解決問題，因而幫助問題解決者按標準參數確定沖突，幫助他們挑選能解決特定沖突的原理成為難點。高校教育是個復雜的系統教育工程，首先界定教育問題包括厘清教育問題的演化階段、分析教育各系統的功能、確定理想解，分析可用的教育資源和確定產生的矛盾區域等。所謂厘清教育問題是對需要改善的教育因素的邊界、核心內含、話語體系、演進歷程以及該問題預測方向等有清晰的界定；教育系統功能分析是突出分析發生改變的教育子系統與整個系統及其他各級子系統之間的相互作用和所處地位，如亟待改變的教育子系統與高校教育主客體、載體和教育環境等子系統的關系；教育的理想解是指因為教育要素的改變可能引起的相關子系統發生變化，這一運行過程中有些子系統并不會受到影響，故要求用教育話語清晰描述與之相關的要素；可用教育資源的分析是對因改善系統功能而開支的器物、信息材料、使用工具和消耗資源等細致化、具體化；確定教育矛盾是解決教育問題的焦點，教育系統中一般矛盾和特殊矛盾符合對立統一的規律，特殊矛盾分布在系統的各個環節。借鑒TRIZ理論（縱向區域為需要改善的參數或系統，橫向區域為惡化的參數或系統，橫坐標和縱坐標對應的區域有成熟的通用原理，這個對應解稱之為理想解），教育問題即為改善可能惡化的子系統或要素，對應找到矛盾發生的區域，從而明確教育創新問題的主要矛盾，繼而找到理想解。

其三，依循教育問題各矛盾的分析，解決教育的創新問題。針對原問題領域設計的不足，TRIZ主張重新設計求解原理。該理論提出從相近或相關領域尋求解決問題的有關理論和原理，并指出相關領域中的成熟理論和原理的運用，都不同程度對解決新問題有新的啟示。這個過程不僅需要創新設計，也反映了創新問題在工具和方法方面的復雜性。對應上述階段，如果能夠確定高校教育的主要矛盾，鎖定矛盾發生的區域且在既定區域內能夠查找到對應的成熟的教育原理和標準，能夠有效解決主要矛盾，則教育創新問題在分析階段就得到解決；如果在相對應的教育區域內沒有能夠找到解決問題的教育原理或成熟標準，則需要重新分析高校系統所處的矛盾沖突，針對主要矛盾擴大引起變化的研究領域，借鑒其他相近或相關學科的成熟原理、系統進化路徑和創新設計等，并把這些與成熟的教育原理、系統進化路徑和創新設計等進行類比，重新設計教育創新問題求解的原理或標準。這個過程并不會一蹴而就，應該是個不斷調試反復實踐的過程。

其四，設計教育問題進化路徑。高校教育系統是不斷發展變化的，需要解決的教育問題也會不斷變化，因此我們需要根據系統論的觀點，分析并設計教育系統功能的進化路徑。教育系統由多個子系統構成，我們把教育系統之外的高層次系統稱為超系統，教育系統之內的低層次系統稱為子系統，而把教育問題正在發生的系統稱為當前系統。整個系統中，超系統、當前系統、子系統都有相對應的功能（如教育載體從黑板到電子投影、再到多模態的使用）。因此，系統地思考教育問題的產生與發展歷程，需要突破原有的思維局限，需要系統地分析教育資源，從中選取最佳方案。根據教育系統以及教育問題的演化趨勢、路徑或模式，可以預測下一時期需要解決的教育主要問題，一方面繼續利用已有的教育標準和原理，另一方面改進和充實教育標準和原理，推進并支持分析工具向高一級的方向發展。

其五，提高教育理想水平。TRIZ包含了創新的兩個維度，一方面落腳在系統分析階段，分析過程中所求解若與理想解相互比較結果相符合，則原問題依照原理得以解決；另一方面所求出的解與理想解進行比較結果有出入，尤其是不能達到理想水平，可以重新分析系統問題，重新確定沖突矩陣，尋求解決新問題的對策，并循環進行，一直需要所求解達到理想水平為止。相對于高校教育而言，現有的教育問題解決工具和方法并不一定能夠完全有效地解決復雜的教育問題，也無法實現教育的理想狀態。無法實現教育理想狀態其實質是多個層面共同作用的結果，例如前面系統功能的分析、作用的分析、教育理想解的確定、教育資源的分析以及教育矛盾及其區域界定等每個環節都可能存在錯漏，從而影響到后面的結果。這一階段確定的矛盾直接影響到后面建立的矛盾矩陣，以致影響到提出的對策。因此要實現教育理想，教育創新需要回到原點界定問題階段，而這個過程也促進了教育的創新。

高校教育創新話題重復了30多年，教育國際化、本土化、多樣化和信息化進程并不十分明顯，有學者指出每年關于高校教育創新的研究尚處于前研究狀態，充其量發表了個人的感想，離真正的研究還有較大差距。如何尋找高校教的創新證據，對教育問題進行量化研究，提出解決教育創新的可重復性流程，從而確保創新教育得以順利實施不僅是未來企事業研發的發展方向，也是高等院校真正實現教育現代化的關鍵一環。

參考文獻：

[1]查建國.“全國首屆教育實證研究論壇”在華東師范大學舉行[EB/OL].http://www.cssn.cn/zx/bwyc/ 201510/t20151017_2499278.shtml.

[2]付敏，范德林.基于TRIZ理論的高校教育創新研究與實踐[J].黑龍江高教研究，2013，（7）.

[3]皮成功，別超，等.創新方法的綜合評價及應用決策的實證研究[J].中國科技論壇，2011，（5）.

[4]杜鑫，肖淼鑫.TRIZ理論及其設計方法的研究[J].內江科技，2007，（2）.

[5]G S A ltshuller.And Suddenly the Inventor Ap- peared[M].Technical Innovation Center，INC，Worces- ter,1996.

[6]張秋月，佘元冠.關于我國創新型工程科技人才培養的思考[J].國家教育行政學院學報，2010，（1）.

責任編輯張豫

基金項目：廣東省科技廳課題“TRIZ理論在醫學院校創新型教師培養中的應用”（A132402）。

作者簡介：周麟（1974—），男，博士，廣州醫科大學宣傳部部長，副教授。

中圖分類號：G40-03

文獻標識碼：A

文章編號：1003-8477（2015）12-0158-06